利用强烈塑性变形诱发晶粒细化的机理,构建了高速旋转丝变形实验装置,分别对低碳钢、工业纯钛进行了表面处理,探讨实现表面纳米化的可行性。运用X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等研究变形处理后样品的显微结构变化特征。运用显微硬度计对处理样品表面性能进行测试分析。结果表明:经过普通镀铜钢丝轮高速旋转塑性变形处理后,在低碳钢表面可以形成厚度为10～15μm左右的纳米晶层,最表面层的平均晶粒尺寸约为8nm,晶粒尺寸沿深度方向不断增大;表层显微硬度显著提高,与心部基体相比,提高了2倍以上,最高达到约491HV0.05。工业纯钛表面层晶粒细化至纳米量级,尺寸为15nm左右,沿深度方向,晶粒尺寸逐渐增大;表面层硬度高达489HV0.05,约为基体硬度的3倍,随着距表面深度的增加,显微硬度逐渐降低。研究了低碳钢和工业纯钛在高速旋转丝变形表面纳米化处理前后的离子渗氮行为。实验结果发现:在500℃以下渗氮时,经过表面纳米化预处理的低碳钢,其表层所形成的化合物层厚于原始渗氮样品,且表层硬度显著提高,是相同条件下原始渗氮样品的1.7倍;当温度高于600℃渗氮5h后,表面纳米化预处理的优势消失。工业纯钛经表面纳米化预处理后,在480℃下渗氮8h,就能够形成化合物,且在600℃以下渗氮,形成较原始样品更厚的化合物层,在相同条件下与原始渗氮样品表层硬度值(703HV0.05)相比,预处理渗氮表层硬度增高到909HV0.05。